DE1764594C - Elektronenstrahlerzeugersystem - Google Patents

Description

F i g. 2 eine Ansicht entsprechend der Linie 2-2 in abfangende Steuergitter 7 hindurchgetreten sind, kon-Fig· U vergieren diese, und jeder Einzelstrahl breitet sich

F i g. 3 einen schematischen Längsschnitt durch durch Kaumladungskräfte aus, so daß alle Einzeleine magnetisch fokussierte Röhre mit Strahlerzeuger strahlen sich miteinander mischen und zu einem einnach der Erfindung und 5 heitlichen Strahl konvergieren, der durch die Mittel-

Fig. 4 einen Querschnitt entsprechend der öffnung4 in der Beschleunigungselektrode5 hin-Linie 7-7 in Fig. 1 durch eine Ausführungsform mit durchtritt.

einem Schattengitter auf der Oberfläche des Katho- Eine Möglichkeit, den Kathodenemitter 2 herzu-

denemitters. · stellen, besteht darin, daß zunächst das mit vielen

In Fig. 1 ist ein Elektronenstrahlerzeugersystem to öffnungen versehene Gitter 7 im richtigen Abstand nach der Erfindung dargestellt. Das System 1 weist über die sphärische Fläche 3 des Kathodenemitters 2 einen von der Laufrichtung der Elektronen weg ge- montiert wird. Durch jede der Öffnungen 8 im krümmten Kathodenemitter 2, beispielsweise aus Gitter 7 wird dann ein Anreißwerkzeug eingesetzt, Nickd, auf, der mit seiner Emissionsfläche 3 axial wobei die Reißnadel längs einer radialen Linie einauM'efluchtet mit einer Zentralöffnung 4 ir. einer is gesetzt ist, die von dem Krümmungsmittelpunkt 11 Bt-': ileunigungselektrode 5 und im Abstand von des Katl'odeneniitters 2 ausgeht. Die Reißnadel mar- UiL angeordnet ist. Der gekrümmte Emitter 2 kiert den Mittelpunkt der ein' 'ncn Vertiefungen 6 um urn einem Kugeloberflächenabschnitt gebildet, und definiert deren Außenumfan,". Das Gitter 7 w.id tic- Ii Krümmungsradius R etwa gleich dem Ab- dann entfernt, und ein Prägestempel mit einem sphu-MH des sphärischen Emitters 2 von der Mitte des 20 risch gekrümmten Ende wird in die Fläche 3 des Eu .iiiis der öffnung 4 in der Bcschlcunimingsclek- KathodenemiUers 2 eingeschlagen, um sphärisch ge t,,. 5 ist. ~ form _■ Vertiefungen 6 zu bilden. Der geprägte

1 Emissionsfläche 3 des Emitters 2 besteht aus Kathodenemitter wird dann mit einer Schicht aus dem c, : Vielzahl von einzelnen von der Laufrichtung Flektroncnemissionsmaterial beschichtet und in ublic - lcktronen weg gekrümmten Vertiefung 6. Em as lichcr Weise behandelt. Wenn auch der Kathoden im ic-leii Öffnungen versehenes Steuergitter 7. bei- emitter 2 als Nickeloxydkathode beschrieben worden s| -weise aus Molybdän oder Wolfram, ist dicht an ist- so können auch andere Kathodenarten so hergc ilt .vkiümmten Fläche 3 des Emitters 2 angeordnet stellt werden, daß sie die einzelnen gekrümmten \erumi ilieser entsprechend geformt. Die Öffnungen 8 tiefungen 6 aufweisen. Solche anderen Kathoden uv Mcuergilter7 sind axial mit einzelnen der ge- 30 sind beispielsweise Vorratskathoden und Woltramkii.!-.iiitcn Vertiefungen 6 ausgefluchtet, so daß eine kathoden.

Vki/ahl um einzelnen Eiektronenstrahlerzeugimgs- In F i g. 3 ist eine Ausführungsform einer Rohre

^w. einen gebildet wird. Jed.s System liefert einen mit Strahlerzeugungssystem nach der Erfindung dark'oit. ei gierenden, nicht abgefangenen Einzelstrahl, gestellt, bei der eine magnetische Strahlfokussierung dci durch eine Öffnung 8 im Steuergitter 7 hindurch- 35 mit beschränktem Fluß verwendet wird. Genauer getnti. Auf diese Weise wird das Abfangen des Strahl- sagt, die magnetische Strahlfokussierstruktur weist vti,»ins durch das mit öffnungen »ersehene Steuer- einen mit zentraler öffnung versehenen Anodenpol· .jii! ι 7 auf einen extrem kleinen Wert herabgesetzt, schuh auf, der auch die Beschleunigungselektrode 5 IK.-Pielsweise 0,2⁰V Zusätzlich wird eine glcichför- für den Strahlerzeuger 1 bildet. Fin mit zentraler Otmiüc Elektronenemission von praktisch der ganzen 40 nunp. versehener Kollektorpolschuh 45 ist in der Nahe Oberfläche des Kathodenemitttrs 2 erreicht (vgl. des Strahlkollektors 14 angeordnet. Eine Zylinder-[.J₁, 2). spule 46 ist zwischen den beiden Polen 5 und 45 an

Bei einem typischen \usführungsbeispiel hi- das geordnet, um die Magnetpole 5 und 45 zu ^"^'", Steuergitter 7 etwa einen Abstand von ungefähr Ein zylindrisches, magnetisch pcrmeabes Joch 4/ 1 mm, und es ist eine dünne Schicht aus Oxyd- 45 verbindet die beiden Pole 5 und 45 ai.Kerham tier Kathodenmaterial vorgesehen, um den zusammen- Spule 46, so daß ein Flußrückweg fur die Spule 40 gesetzten Kathodenemitter 2 zu bilden, der cine Be- gebildet wird. ...

triebstemperatur von etwa 800° C hat. Das Gitter 7 Der Anodenpolschuh 5 weist einen zylindrischen

„ ,Vu Vorsprung 48 auf, der den Kathodenemitter 2 umhat ein Mu von etwa 70, einen Sperrwert, d.h. ■ _{Vg 5<J} ^, _D(._{r zy}ij_nf._rjsche Vorsprung 48 arbeitel mit dem von etwa 200, und wird in einer Röhre mit linearem Anodenpolschuh 5 zusammen, se da» ein mngne-Strahl mit einem Tastverhältnis von 4·.'· bei K) kV tisches Randfeld gebildet wird, das durch den Kajho-Strahlspannung und 2 A Strahlstrom verwendet. Das «lenemitter 2 hindurchtntt und durch die /.entn.lolt-Gitter hat einen Gitterabfanganteil von weniger als nung4 im Beschleunigungselektrodenpolschuh 5 kon-(P% des Strahlstroms. Das Elektronenstrahlerzeu- 55 vergiert. Der Vorsprung 48 und der Polschuh 5 sinü cersystem mit Gitter nach der Erfindung kann auch so geformt, daß die magnetischen Flußhnien, die in Dauerstrichbetrieb arbeiten. durch den Kathodenemitter 2 hindurchtreten durch

Die einzelnen Vertiefungen 6 sind Kugelkalotten die Emissionsfläche 3 verlaufen und durch die An- und haben eine kreisförmige Außenabmessung, so odenöftnung 4 1 iingslinien konvergieren, die den gedaß eine nicht emittierende gitterartige Struktur in 60 wünschten Bahnen der Elektronen angepaßt sind, die der Oberfläche 3 dej. Kathodenemitters 2 gebildet vom Kathodenemitter 2 und dem Gitter 7 zur Ortwird, die allgemein mit dem Schatten ausgefluchtet nung4 verlaufen. Die Elektronen des Strahls werden ist, der durch das Steuergitter 7 geworfen wird. Bei durch das Magnetfeld vom Emitter 2 durch die beeiner bevorzugten Aibtührungsfonn hat das Steuer- schieunigungselektrode 5 und zwischen den Polen s sitter 7 hexagonal geformte Gitteröffnungen 8, so daß 65 und 45 längs der Röhrenachse eingeschränkt. Die eine maximale Transparenz für die einzelnen Elek- den Strahl fokussierenden magnetischen Flußlinicn tronenstrahlen resultiert. ' werden im Kollektorpolschuh 45 gesammelt, und die

Nachdem die einzelnen Strahlen durch das nicht Elektronen verlassen den Einfluß des magnetisch«, η

Fokussierfeldes am Pol 45 und dehnen sich durch die Raumladung aus, so daß sie gleichmäßig .über die ganze Innenfläche des Strahlkollektors 14 gesammelt werden.

In Fig. 4 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist die Kathodcnemitterstruktur im wesentlichen die gleiche, wie bereits in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben, nur daß ein zweites Gitter 65 mit vielen öffnungen vorgesehen ist, das im wesentlichen identisch dem Gitter 7 aufgebaut ist und im wesentlichen auf oder in der Oberfläche des Kathodenemitters 2 angeordnet ist, um die Wanderung von Kathodenmaterial auf die stehengebliebenen Teile zwischen benachbarten Emissionsflächen 3 zu verhindern. Das Gitter 65 arbeitet auf Kathodenpotential, und die stegartigen Teile des Gitters sind im wesentlichen mit den ähnlichen stegartigen Teilen des Gitters 7 ausgerichtet. Ein solches Gitter 65 ist in der Technik als Schattengitter bekannt und erleichtert die Fokussierung der einzelnen Elektronenstrahl! durch die einzelnen Öffnungen des Gitters 7, so daß das Abfangen des Strahls durch das Gitter 7 weiter herabgesetzt wird. Die Verwendung des Schattengitters 65 sorgt für ein noch geringeres Abfangen des Strahls als eine Küthodc der in Fig. 1 dargestellten Art, bei der nur ein Gitter 7 verwendet wird. Die Konstruktion

ίο eines Kaihodenemitters mit einem Schaltcngitler 65 ist jedoch schwieriger als die Herstellung einer Kathoden- und Gilter-Struktur nach Fig. 1. Das Schattengitter 65 wird deshalb üblicherweise nur für Anwendungsfälle mit extrem hoher Leistung verwendet, bei denen das Abfangen des Strahls auf ein Minimum herabgesetzt werden muß, oder in solcher Fällen," in denen ein Gitterstrom nicht zugelasser werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

der von der Kathode abgegebenen Elektronen vom Patentansprüche: Steuergitter abgefangen, so daß sich wegen der hohen Strahldichte eine unzulässige Erhitzung des Steuer-

1. Elektronenstrahlerzeugersystem zur Erzeu- gittere ergibt.

gung eines konvergierenden linearen Elektronen- 5 Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, Strahls hoher Strahldichte, insbesondere für eine Röhren dieser Art so auszugestalten, daß das Steuer-Laufzeitröhre hoher Leistung, dessen Glüh- gitter praktisch keine Strahlelektronen abfängt, ui.d kathode eine von der Laufrichtung der Elektronen diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, weg gekrümmte emittierende Oberfläche aufweist, daß fluchtend zu jeder öffnung des Steuergitters in der ein der Krümmung der Oberfläche ange- io der emittierenden Oberfläche der Glühkathode je eine paßtes, mit vielen öffnungen versehenes, aus von der Laufrichtung der Elektronen weg gekrümmte Metallsteg»n bestehendes Steuergitter unmittelbar Vertiefung vorgesehen ist, daß die von der Laufrichgegenüberliegt, dadurch gekennzeich- tung der Elektronen weg gekrümmten Vertiefungen net, daß fluchtend zu jeder öffnung(8) des derart dicht aneinander angeordnet und ihre Krüm-Steuerg'uters (7) in der emittierenden Oberfläche 15 mungsradien gegenüber dem Krümmungsradius der (3) der Glühkathode (2) je eine von der l.aufrich- gesamten emittierenden Oberfläche derart klein getung der Elektronen weg gekrümmte Vertiefung wählt sind, daß die von der Oberfläche der Vertiefun-(6) vorgesehen ist, daß die von der Laufrichtung gen emittierten Elektronen zunächst zu an den Moder Elektronen weg gekrümmten Vertiefungen (6) talKtegen des Steuergitters vorbeilaufenden Teilelekderart dicht aneinander angeordnet und ihre ao tronenstrahlen konvergieren und sich anschließend /u Krümmungsradien (R 2) gegenüber dem Krüm- einem einzige! Elektronenstrahl vereinigen,
mungsradius (/{) der gesamten emittierenden Die Bildung von Teil-Elektronenstrahlen mit Mille Oberfläche (3) derart klein gewählt sind, daß die einer Mosaikkathode zusammen mit mit vielen OtT von der Oberfläche der Vertiefungen (6) emittier- nungen versehenen Steueigiltern ist bekannt (USA-ten Elektronen zunächst zu an den Metallstegen 35 Patentschrift 3 107 313). Bei dieser bekannten Maß des Steuergitters (7) vorbeilaufenden Teilelok- nähme ging cn jedoch nicht um das Abfangen von tronenstrahlen konvexeren und sich anschließend Strahlelektionen, sondern darum, eine Potentialzu einem ein/igen Elektronenstrahl vereinigen. absenkung in der Mitte des Strahls zu vermeiden und

2. Elektronenstrahlerzeugersysteiii nach An- eine bessere Kopplung des Strahls zu erreichen; und spruch I. dadurch gekennzeichnet, dafl zwischen 30 dazu wurde der Strahl in Teil-Elektronenstrahlen aufden ein/einen Vertiefungen(6) auf der emittieren- geteilt, und zwar mit Hilfe von Gitterelektroden, du den Oberfläche(3) der Kathode nicht emittierende längs des Strahlweges angeordnet sind. Eine solche Bereiche vorgesehen sind. Mehrstrahlröhre ist zwar bei niedrigen Strahlspan-

3. Elektronenstrahlerzeugersystem nach An- nungen und relativ niedriger Strahlleistung brauchspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den 35 bar, ist jedoch bei Hochleistungsrühren mit linearem nicht emittierenden Bereichen der emittierenden Strahl, die im Mikrowellenbereich arbeiten, nicht gc-Oberlläche (3) der Kathode (2) ein mit dem eignet, bei denen der Strahl in einem relativ kleinen Steuergitter(7) im wesentlichen identisches und zu C.Teich der Mikrowellenleitung komprimiert werden diesem fluchtend angeordnetes, auf Kathoden- muß, um mit den elektromagnetischen Feldern der potential befindliches Gitter (65) (Schattengitter) 40 Mikrowellenleitung in Wechselwirkung zu treten,
vorgesehen ist. Um eine deutliche Trennung der Teilelektronen-

4. Elektronenstrahlerzeugersystem nach einem strahlen im Bereich des .teuergitters zu erhalten, wird der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, zweckmäßigerweise dafür gesorgt, daß zwischen den daß die öffnungen im Steuergitter (7) bzw. in dun einzelnen Vertiefungen auf der emittierenden Ober-Gittern (7, 65) hexagonal geformt sind. 45 fläcl.e der Kathode nicht emittierende Bereiche vor-

5. Elektronenstrahlerzeugersystem nach einem gesehen sind. Bei extrem hoher Strahldichte kann diese der Ansprüche 1 bis 4 mit magnetischer Strahl- Trennung der Teil-Elektronenstrahlen noch gesteigert fokussierung, dadurch gekennzeichnet, daß das werden, indem in den nicht emittierenden Bereichen magnetische Strahlfokussieren den Kathoden- der emittierenden Oberfläche der Kathode ein mit emitter (2) durchsetzt. 50 dem Steuergitter im wesentlichen identisches und zu

diesem fluchtend angeordnetes, auf Kathodenpotential befindliches Gitter (Schattengitter) vorgesehen wird.

Die öffnungen im Steuergitter bzw. in den Gittern

sind zweckmäßig hexagonal geformt, so daß sich eine 55 möglichst günstige Raumausnutzung ergibt.

Zur Fokussierung von Elektronenstrahlen wird

Die Erfindung betrifft ein Elektronenstrahlerzeu- häufig eine magnetische Strahlfokussierung angewengersystem zur Erzeugung eines konvergierenden line- det, und in solchen Fällen kann auch eine Fokussiearen Elektronenstrahls hoher Strahldichte, insbeson- rung der einzelnen Teilelektronenstrahlen mit der dere für eine Laufzeitröhre hoher Leistung, dessen 60 gleichen Strahlfokussierung erreicht werden, wenn Glühkathode eine von der Laufrichtving der Elek- das magnetische Strahlfokussieren auch den Kathotronen weg gekrümmte emittierende Oberfläche auf- denemittcr durchsetzt, so daß keinerlei zusätzlicher weist, der ein der Krümmung der Oberfläche ange- Aufwand erforderlich ist.

paßtes, mit vielen öffnungen versehenes, aus Metall- Die Erfindung soll an Hand der Zeichnung näher

stegen bestehendes Steuergitter unmittelbar gegen- 65 erläutert werden; es zeigt

überliegt (RCA-Review, September 1060, S.389 bis Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Teil eines

413; L'SA.-Patentschrift 3 160 782). Elektronenstrahlerzeugers mit Merkmalen der Erftn-

Rei den bekannten Röhren dieser Art wird ein Teil dung,